Volti nel cervello: The Discovery of a Neuronal Subpopulation Selective for Face Recognition | Kamila Moslem

Ogni giorno vediamo e/o interagiamo con gli altri; può trattarsi di un estraneo che passa, di un familiare a casa o di un’aula piena di studenti. Questa interazione, qualunque sia lo scenario, dipende fortemente dalla nostra capacità di riconoscere i volti. Il riconoscimento facciale può essere fondamentale per la sopravvivenza nei primati non umani (Boysen e Berntson, 1989; Nelson, 2001). Tuttavia, il circuito neurale di base che permette questo compito apparentemente semplice non è descritto in modo completo. Un primo studio su questo fenomeno ha identificato il lobo temporale come un’area importante per il riconoscimento facciale, a causa dell’attività neuronale positivamente selettiva per gli stimoli facciali (Perrett et al., 1979). Inoltre, una seconda indagine che si è concentrata sulle proprietà visive dei neuroni ha anche identificato il lobo temporale per contenere neuroni sensibili ai volti. Tuttavia, questi neuroni erano polisensoriali, e mostravano attività in presenza di volti oltre a stimoli generali eccitanti e aversivi (Bruce et al., 1981).

Perrett e colleghi (1982) forniscono il primo resoconto dei neuroni veramente selettivi per i volti nel cervello dei primati. Il lavoro è importante per i ricercatori perché è un rapporto completo sulla posizione e il numero di cellule fortemente selettive per il volto. La pubblicazione ha anche valore per gli educatori come esempio di un documento che può educare attraverso più discipline come la cognizione, la percezione e le classi di progettazione della ricerca.

Perrett et al. (1982) hanno focalizzato la loro indagine sull’identificazione della posizione e del numero di neuroni nel lobo temporale che sono fortemente selettivi agli stimoli del viso e delle caratteristiche facciali. I ricercatori hanno identificato una sottopopolazione di neuroni fortemente selettivi per i volti e le caratteristiche facciali nel solco temporale superiore (STS) delle scimmie rhesus. Il loro lavoro ha gettato le basi per la comprensione delle basi neurali del riconoscimento dei volti.

I ricercatori hanno effettuato registrazioni neuronali extracellulari nelle scimmie rhesus dal STS, testando un totale di 497 neuroni per le risposte agli stimoli facciali. La figura 2 dell’articolo mostra che 48 dei 497 neuroni hanno risposto con un’attivazione fino a dieci volte maggiore ai volti e agli stimoli delle caratteristiche facciali rispetto agli stimoli non facciali. I 48 neuroni con questo profilo di risposta sono stati classificati come neuroni selettivi per le facce e hanno dimostrato di avere un’attivazione eccitatoria e tempi di risposta che corrispondevano alla durata della presentazione degli stimoli facciali.

La figura 5 presenta la prima linea di prove che suggeriscono che i 48 neuroni erano specificamente selettivi per le caratteristiche facciali e per l’intera faccia. Questo è stato indicato in primo luogo dalle loro deboli risposte agli stimoli geometrici di base (immagini ad alto contrasto di griglie, barre e punti) e tridimensionali. Quando a questi neuroni sono stati presentati stimoli facciali, le loro risposte di accensione erano dieci volte più forti rispetto alle risposte ad altre immagini. Una volta che i neuroni sono stati identificati come rispondenti al volto, sono state testate altre modalità di informazione sensoriale. Questo perché i neuroni reattivi al volto precedentemente descritti mostravano un’attività di accensione quando venivano presentati vari stimoli eccitanti e avversivi (Bruce et al., 1981). Sono stati testati stimoli eccitanti e avversativi sia uditivi che tattili, e sono state monitorate le risposte galvaniche cutanee (GSR) e le registrazioni di singole unità. Gli stimoli uditivi di voci umane e gli stimoli tattili di toccare la gamba hanno prodotto grandi GSR, suggerendo che i soggetti rispondevano fortemente agli stimoli. Tuttavia, le risposte neuronali dei 48 neuroni erano molto deboli durante la presentazione di questi stimoli e non corrispondevano al livello di attivazione che si verificava con gli stimoli facciali. Nel complesso, le deboli risposte agli stimoli eccitanti e aversivi nei neuroni che rispondono al volto suggeriscono che questi stimoli non contribuiscono fortemente alle risposte osservate in presenza di stimoli facciali. Pertanto, la Figura 5 è significativa perché evidenzia che una sottopopolazione di neuroni è fortemente selettiva agli stimoli visivi di facce e caratteristiche facciali, ma mostra poca o nessuna risposta ad altri stimoli. Questo tipo di risposta altamente selettiva ai volti non era stato precedentemente descritto nei neuroni del cervello.

I ricercatori hanno poi studiato come la trasformazione delle caratteristiche facciali modulava l’accensione di questi neuroni. Prima il gruppo ha studiato il ruolo del colore. Hanno scoperto che i neuroni hanno risposto in modo simile ai volti, indipendentemente dal fatto che i volti fossero in bianco e nero o a colori. Ciò ha suggerito che il rilevamento delle caratteristiche facciali in questi neuroni era in gran parte indipendente dal colore. In secondo luogo, le risposte neuronali non diminuivano quando la distanza dello stimolo facciale (20cm – 2m) e l’orientamento degli stimoli facciali venivano cambiati.

Interessante, la Figura 8 presenta come i neuroni hanno risposto ai cambiamenti nel profilo dei volti, cioè, dal pieno viso a 0° fino al profilo laterale a 90°. Una risposta massima è stata vista con una presentazione a tutto viso (0°). Tuttavia, quando il profilo ha iniziato a ruotare verso il profilo laterale (90°), anche solo di dieci gradi, c’è stata una marcata riduzione della risposta neuronale. Ciò ha suggerito che questi neuroni sono sintonizzati per sparare al massimo in risposta alle viste frontali complete dei volti. La prossima trasformazione indagata è stata quella delle caratteristiche facciali. La domanda chiave era: questi neuroni rispondono solo ai volti interi o ci sono caratteristiche facciali specifiche che li eccitano? Sono stati presentati una serie di stimoli facciali che avevano varie caratteristiche facciali nascoste alla vista. Nel complesso, la maggior parte dei neuroni ha continuato a rispondere con risposte normali o leggermente ridotte. Tuttavia, per alcuni neuroni, è stata osservata una diminuzione della risposta quando particolari caratteristiche facciali erano nascoste. Per esempio, la Figura 9 mostra che gli occhi sembravano critici per un piccolo numero di neuroni per riprodurre le stesse risposte viste con l’intera faccia. Perrett e colleghi hanno scoperto che 35 dei 48 neuroni selettivi del viso mostravano una preferenza per particolari caratteristiche del viso, e senza queste caratteristiche presenti, le risposte erano più deboli che con lo stimolo del viso intero.

L’indagine ha concluso che le risposte individuali dei neuroni selettivi del viso agli stimoli facciali non potevano essere spiegate da stimoli eccitanti o aversivi. Inoltre, è interessante notare che la maggior parte dei neuroni che sono stati identificati hanno cambiato la loro attività in risposta a trasformazioni specifiche degli stimoli facciali. Sia i cambiamenti di profilo che l’occultamento delle caratteristiche facciali potrebbero diminuire la risposta di una sottopopolazione di questi neuroni.

Criticamente, questa pubblicazione è stata la prima testimonianza di una sottopopolazione di neuroni che sono fortemente selettivi, e quindi, sintonizzati su stimoli visivi di volti interi e caratteristiche facciali. Si tratta, quindi, di un documento fondamentale che ha lanciato molte nuove aree di ricerca. Queste includono la ricerca sulla selettività delle risposte neuronali alle caratteristiche facciali come la direzione dello sguardo, i segnali sociali e la percezione della persona nei primati (Perrett et al., 1990; Perrett et al., 1992; Macrae et al., 2002). Inoltre, questo documento è stato una base per la scoperta che le cellule selettive del volto sono un fenomeno conservato condiviso tra gli esseri umani e i primati non umani (Hoffman e Haxby, 2000; Haxby et al., 2002).

Infine, Perrett e colleghi hanno fatto una connessione tra le loro scoperte neurofisiologiche e il disturbo neurologico della prosopagnosia, o cecità del volto. Chi soffre di prosopagnosia non è in grado di identificare le persone quando ne vede il volto, ma può comunque riconoscere gli oggetti. Il disturbo è legato a una disfunzione nella regione occipito-temporale inferiore (Meadows, 1974). Perrett e colleghi hanno ipotizzato che il STS che contiene neuroni selettivi del volto possa fornire informazioni vitali alla regione occipito-temporale inferiore, e che una disfunzione nel STS o la connessione tra le due regioni possa compromettere il riconoscimento e l’identificazione del volto. Ciò aumenta il valore di questo articolo per l’insegnamento, in quanto fornisce una piattaforma per discutere un disturbo neurologico unico, e mette in evidenza come i fenomeni scoperti con modelli animali potrebbero fornire informazioni su specifici disturbi neurologici.

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